Пироксилиновый порох своими руками

Обновлено: 08.07.2024

На процесс обезвоживания пироксилина оказывают влияние следующие факторы:

1. С повышением содержания азота в пироксилине обезвоживание протекает более глубоко и с большей скоростью. Присутствие в пироксилине низкоазотных фракций, растворимых в спирте, приводит к образованию высоковязких растворов, что затрудняет диффузию спирта через массу пироксилина.
2. Наличие в пироксилине примесей затрудняет процесс обезвоживания, так как примеси набухают в спирте, закрывая поры. Следовательно, пироксилин из хлопковой целлюлозы будет обезвоживаться легче, чем из древесной целлюлозы.
3. Спирт высокой крепости может вызвать интенсивное растворение поверхностного слоя пироксилина с образованием высоковязкой пленки. Поэтому процесс обезвоживания пироксилина начинают с применения этилового спирта более низкой концентрации (70-80 объемных долей).
4. С повышением температуры спирта обезвоживание ускоряется, так как снижается его вязкость. Оптимальная температура обезвоживания 30-40 °С.

Таблица 2 ? Рецептуры и свойства составов цветных огней на основе пироксилина

Наименование компонентов и параметров излучения

Содержание компонентов, %, и значения параметр.излучения для состава огня

Усилитель цвета пламени

Удельная светосумма, кд . с/г

Пироксилин обезвоживается в вертикальных центрифугах периодического действия с верхней выгрузкой, имеющих две перфорированные обечайки. Пироксилин в мешках по 10 кг каждый загружается в пространство между обечайками, промачивается отработанным спиртом и тщательно уплотняется. Затем на различных режимах вращения (медленном и быстром) в центрифугу подается спирт-ректификат, подогретый до 35 °С.

Отработанный спирт отводится через отверстие в донной части центрифуги. Общая масса загружаемого пироксилина составляет 60-70 кг (на сухую массу), продолжительность обезвоживания 1-2 ч. Качество обезвоживания контролируется по крепости отработанного спирта и по содержанию влаги и спирта в пироксилине.

Смешение компонентов и пластификация пороховой массы

Назначение данной стадии - приготовление однородной и пластичной пороховой массы, из которой в последующем будут формоваться пороховые шнуры. На эту стадию поступает пироксилин, содержащий до 4 % воды и 32 % спирта. Стабилизатор химической стойкости - дифениламин, подается на эту стадию в виде раствора в этиловом эфире. Смешение осуществляется в лопастных смесителях с рубашками для охлаждения и двумя Z-образными мешалками, вращающимися в противоположных направлениях (рисунок 21), или в перовых мешателях, валы которых имеют вращательное и возвратно-поступательное движение.

Рисунок 21 - Смеситель

Через 1-2 мин направление вращения мешалок периодически изменяется. Загрузка смесителя пороховой массой составляет 90-120 кг. Смешение осуществляется в следующей последовательности: в смеситель загружается половина всей массы пироксилина, брак и заливается половина всего растворителя. После перемешивания в течение 5 мин мешалки останавливают и загружают вторую половину пироксилина и растворителя, а также эфир с растворенным дифениламином. После перемешивания в течение 30 мин отбирается проба на анализ качества пластификации. При положительных результатах пороховая масса выгружается в герметичные бидоны по 30 кг.

Рисунок 22 - Матрица

Необходимые количества спирта и эфира для подачи в смеситель определяются на основе уравнений материального баланса, исходя из следующих условий:

1. Соотношение между спиртом и эфиром составляет от 1:1 до 1:1, 5; чаще всего используется соотношение 1:1, 1.
2. На 100 массовых частей сухого пироксилина берется следующее количество растворителя: при изготовлении орудийных порохов из смесевого пироксилина СА - 85-100 массовых частей; при изготовлении винтовочных порохов из смесевого пироксилина ВА - 90-110 массовых частей.
3. Возвратный брак, поступающий в смеситель, при малом содержании в нем растворителя, подвергается предварительной размочке.

Формование пороховых шнуров, их предварительное провяливание и резка на элементы

Формование пороховых шнуров осуществляется путем продавливания пластичной пороховой массы через формующие устройства - матрицы (рисунок 22).

Рисунок 23 - Гидравлический пресс

Размер матриц выбирается с учетом 30%-ной усадки пороховых элементов по диаметру, происходящей после удаления растворителя.

В процессе формования происходит уплотнение пороховых элементов, придание им требуемой формы и размеров, а также частичная ориентация макромолекул вдоль направления движения пороховой массы по каналу матрицы. Вследствие ориентации макромолекул возникает анизотропия свойств порохов.

Прессование осуществляется на гидравлических прессах (рисунок 23), имеющих две вращающиеся изложницы, главный и вспомогательный гидравлические цилиндры с поршнями, установленные на двух массивных колоннах.

Включается главный гидравлический цилиндр, и начинается выпрессовывание пороховых шнуров (пороховых нитей). Пороховые шнуры на выходе из пресса сворачиваются в бухты или подаются на барабаны. Толстосводные шнуры для трубчатого пороха накалываются на рамы. Пороховые нити для винтовочных порохов и тонкосводных орудийных порохов разрываются на отрезки длиной около 3 м и развешиваются на деревянных стержнях. При прессовании пороховых шнуров возможны следующие виды брака:

Предварительное провяливание пороховых шнуров осуществляется после их формования с целью удаления части растворителя и придания им определенной механической прочности. После выхода из пресса пороховые шнуры содержат около 50 % растворителя, являются мягкими и при резке могут легко деформироваться. После предварительного провяливания шнуров в естественных условиях содержание в них растворителя уменьшается до 40-35 %.

Резка пороховых шнуров на элементы осуществляется с учетом 10%-ной усадки по длине в результате удаления растворителя. Длина трубчатых порохов определяется в зависимости от длины зарядной каморы или длины цилиндрической части гильзы. Для крупных калибров орудий длина пороховых трубок принимается равной половине или четверти длины зарядной каморы. Для зерненых и пластинчатых порохов длина пороховых элементов определяется в зависимости от толщины горящего свода 2e1:

- зерно с одним каналом - (7-8) 2e1;
- зерно с семью каналами - (10-12) 2e1;
- пористые пороха без канала - (2-3) 2e1;
- ширина пластины - (10-20) 2e1.

Резка пороховых шнуров осуществляется на резательных станках (рисунок 24) с помощью специальных ножей. Скорость подачи шнуров и частота перемещения ножей регулируются в зависимости от требуемой длины пороховых элементов.

Рисунок 24 - Резательный станок

Для резки шнуров могут применяться также резательные станки Разумеева и гильотинный станок Сан-Галли.

При резке возможны следующие виды брака пороховых элементов: заусенцы или зерна с острыми выступающими краями, короткие или длинные зерна, зерна с трещинами и косыми срезами, зерна с заплывшими каналами.

Удаление спиртоэфирного растворителя

Операция удаления растворителя в производстве пироксилиновых порохов является одной из наиболее ответственной и самой продолжительной.

Это сложный физико-химический процесс, скорость и характер протекания которого зависит как от внешних факторов (среды и параметров процесса), так и от внутренних (сырья и структуры пороха).

Выпрессованные пороховые шнуры имеют значительное количество растворителя, который необходимо удалить до требуемых норм содержания. На этой фазе производства формируются основные физико-химические параметры порохов, определяющих их эксплуатационные качества: содержание удаляемых (вода), неудаляемых (спиртоэфирный растворитель), геометрические размеры элементов, плотность, удельная поверхность. Удаление растворителя идет поэтапно и разбивается на три самостоятельные фазы: провяливание, вымачивание (вымочка), сушка с последующим увлажнением пороха.

Провяливание пороха осуществляется с целью плавного удаления спиртоэфирного растворителя из пороха до содержания не более 15 %.

Провяливание осуществляется в провялочных шкафах с искусственной циркуляцией воздуха при температуре (30±2) °С и относительной влажности воздуха 60-65 %. Провялочный шкаф имеет 5-10 секций, каждая секция работает самостоятельно. Внутри секции располо-жены полки с решетками, на которые укладываются зерненые пороха в мешках по 11-15 кг на сухую массу. Трубчатые пороха провяливаются на рамах. Воздух после прохождения через массу пороха поступает в холодильник, где большая часть растворителя конденсируется, после чего воздух пропускается через калорифер и снова поступает в шкаф.

Время провяливания составляет от 10 до 50 ч. После провяливания формируются малые партии, и производятся разымка и сортировка пороха. Брак по внешнему виду удаляется путем переборки пороха. Брак по размерам зерненых порохов удаляется путем проведения разымки на наклонных разымочных аппаратах и цилиндрических разымочных аппаратах - аппаратах Моро. Пороха марок 7/7 и крупнее разымке не подвергаются.

Наклонный разымочный аппарат состоит из трех сит: на первом сите за-держиваются длинные зерна, на втором - нормальные по размерам зерна, а мелочь проходит на третье сито. Пороховая пыль собирается на глухом дне разымочного аппарата. Для ускорения разымки ситам придается возвратно-поступательное движение с помощью криво-шипно-шатунного механизма.

Трубчатые пороха с браком по размерам и внешнему виду отделяются при ручной переборке.

Вымочка пороха в воде проводится с целью удаления летучего растворителя до норм, установленных техническими условиями для конкретной марки пороха. Вымочку производят в бетонных бассейнах длиной 4, 5 м, шириной 2, 65 м, глубиной 1, 8 м. Бассейн имеет ложное дно, под которым проходят трубы с отверстиями для подачи пара с целью подогрева воды. Повышение температуры воды ускоряет процесс вымочки, но при этом возрастают потери стабилизатора химической стойкости дифениламина. На вымочку поступает малая партия пороха: зерненый в мешках по 25-30 кг, трубчатый - в пучках. В ходе вымочки производится смена воды. Время вымочки составляет от 10 до 200 ч. Специальные пороха, содержащие водорастворимые добавки, вымочке не подвергаются (кроме пористых порохов).

Процесс вымочки контролируется путем измерения температуры и крепости водного раствора спирта. В конце вымочки определяется содержание в порохе неудаляемых летучих веществ. При удовлетворительных результатах анализа из бассейна удаляется вода, порох выгружается и транспортируется на сушку.

Сушка и увлажнение пороха. После вымочки влажность пороха составляет 20-25 %. По техническим условиям содержание удаляемых летучих веществ (влаги) должно находиться в пределах 1, 0-1, 8 %. Прямой сушкой достигнуть требуемого содержания влаги трудно, поэтому порох сначала пересушивают, а затем увлажняют до требуемых норм.

Процесс сушки основан на пропускании через слой влажного пороха сухого воздуха с температурой 55-75 °С. Наряду с удалением из пороха влаги, в процессе сушки происходит незначительное снижение количества спиртоэфирного растворителя. Скорость процесса сушки зависит от структуры, формы и размеров пороховых элементов, от содержания влаги перед сушкой, от объема, температуры и влажности подаваемого на сушку воздуха.

Составление общих партий и укупоривание пороха

Для усреднения физико-химических и баллистических свойств пороха производится мешка малых и общих партий. Сначала производится двухкратная мешка малых партий. Затем малые партии подвергаются физико-химическим испытаниям, а винтовочные пороха - физико-химическим и баллистическим испытаниям.

По результатам испытаний малых партий составляется план мешки общей партии, исходя из следующих положений:

- толщина горящего свода в общей партии является усредненной величиной толщины горящего свода в малых партиях;
- содержание летучих веществ, удаляемых 6-часовой сушкой при температуре 95 °C, после 10 суток выравнивается по всей массе партии (к удаляемым сушкой веществам относится влага);
- содержание остаточного растворителя, т.е. летучих веществ, не удаляемых 6-часовой сушкой, практически не выравнивается даже после нескольких месяцев.

При смешении малых партий в общую партию отклонения показателей между отдельными малыми партиями должны быть: для пороха ВТ по толщине свода 0, 02 мм, по общему содержанию летучих веществ ±0, 4 %; для орудийных порохов средних марок по толщине свода 0, 03 мм, по общему содержанию летучих веществ ±0, 7 %.

Для мешки выбирают партии, которые имеют меньшую толщину свода, но большее содержание летучих веществ и наоборот. Мешка зерненых порохов осуществляется на аппарате Тарасова (рисунок 25), который состоит:

Рисунок 25 - Схема аппарата Тарасова

Мешка трубчатых порохов осуществляется, как правило, вручную. После смешения общая партия пороха подвергается полному физико-химическому анализу и баллистическим испытаниям. После получения удовлетворительных результатов порох поступает на укупоривание в герметическую укупорку.

Укупорка состоит из металлического оцинкованного короба (рисунок 26) с герметической крышкой и деревянного футляра.

Перед укупориванием короба проверяются на отсутствие кислотности и герметичность. В зависимости от вместимости укупорки масса засыпаемого пороха составляет 50?90 кг. Сверху на порох укладывается ярлык с маркировкой пороха и фамилиями лиц, производивших укупоривание. После этого короб закрывается, и привинчивается крышка футляра, на которую нанесены данные о марке пороха и производственные данные.

Изобретение относится к получению сферических пироксилиновых порохов для стрелкового оружия.

Для улучшения и получения заданных баллистических характеристик сферического пороха путем регулирования скорости горения применяют дополнительную технологическую операцию флегматизации.

Флегматизация порохов основана на использовании способности пироксилинового пороха поглощать спиртовые растворы веществ, уменьшающих скорость горения.

Учитывая, что такие растворы диффундируют на незначительную глубину (20-60 мкм) и концентрация (массовая доля) убывает по мере увеличения глубины проникания, порох приобретает способность гореть с переменной скоростью, вначале с меньшей, а затем - с большой. Соответственно изменяется и закон газообразования.

Сложность процесса флегматизации заключается в том, что необходимо флегматизировать порох на определенную глубину с определенной концентрацией флегматизатора, что определяет в итоге получаемые баллистические характеристики.

Также существует проблема регулирования электростатических свойств пороха. Все пироксилиновые пороха являются диэлектриками с высоким показателем диэлектрической постоянной. При пересыпании порохов на их поверхности могут возникать электрические заряды с разностью потенциалов, составляющей десятки тысяч вольт. Возникающая при разряде электрическая искра способна вызывать воспламеняемость пороховой пыли.

Для устранения электризации пороха в процессе производства его покрывают тонким слоем токопроводящего материала графита. Кроме того, графитовка способствует улучшению сыпучести порохов.

Анализ литературных источников (В.И. Гиндич. Технология пироксилиновых порохов. Т. 2. Казань, 1995, с. 282-287) показал, что в качестве флегматизирующей эмульсии используется раствор камфоры 1÷1,8% массы пороха, дефиниламин - 0,2÷0,3% и спирт в соотношении спирта к камфоре (1,5÷2):1. В качестве флегматизатора используется камфора.

Причем совместно с флегматизацией происходит процесс графитования. Флегматизация и графитование производятся в аппаратах периодического действия, называемых полировальными барабанами. Порох через люк загружается в барабан. Для равномерного опыления пороха графитом ввод его в барабан производится в несколько приемов, при этом одновременно запускается и часть графита. Общее количество его составляет от 0,1 до 0,4% от массы пороха. Загруженный барабан приводят в действие. Для устранения обильного смачивания пороха в барабане, что может привести к комкообразованию пороха в процессе флегматизации, и обеспечения равномерного опыления (смачивания раствором) всей его массы флегматизатор в барабан подается в несколько приемов в распыленном виде при вращающемся барабане. Раствор из мерного бачка под давлением 1,5÷2 кг/м 2 через распылитель вводится в барабан. После первой подачи флегматизирующей эмульсии барабан некоторое время работает, при этом идет поглощение раствора порохом, так как равновесная влажность его меньше той, которая соответствует данной относительной влажности внутри барабана. На протяжении всего процесса флегматизации введение эмульсии и засыпка графита в барабан производится несколько раз. Время одного технологического цикла составляет 300÷380 минут.

Однако сферический пироксилиновый порох, полученный таким способом, обладает рядом недостатков. При применении в качестве флегматизатора камфоры получается неоднородный флегматизированный поверхностный слой с небольшой глубиной проникновения внутрь сферических частиц пороха. Существенным отрицательным фактором является и то, что процесс флегматизации многостадийный и очень продолжительный.

Известен также способ получения сферического пироксилинового пороха (А. Г. Горст. Пороха и взрывчатые вещества. М.: Машиностроение, 1972, с. 152-163), где в качестве флегматизатора используется камфора, дибутилфталат. Данный способ принят авторами за прототип.

Для флегматизации берут пироксилиновый порох со сформированными частицами, предварительно покрытый тонким слоем графита. Флегматизацию проводят дибутилфталатом во вращающихся барабанах. Раствор флегматизатора вводят пульверизацией через форсунки под давлением.

Отметим, что получаемый по данной технологии сферический пироксилиновый порох обладает хорошими баллистическими характеристиками.

Однако нанесение флегматизатора таким образом приводит к неравномерности покрытия частиц пороха и различной глубине флегматизации по поверхности порохового зерна. Отсутствие предварительной подготовки пороховой массы на стадии флегматизации отрицательно сказывается на регулировании процесса и получении заданных величин глубины и концентрации флегматизатора в порохе. Следовательно, получаемый порох имеет низкую воспроизводимость и стабильность баллистических характеристик.

Кроме того, данный способ получения сферического пироксилинового пороха имеет отдельную фазу графитовки на стадии формирования сферических частиц пороха, что приводит к увеличению времени и сложности технологического процесса.

Задачей изобретения является получение сферического пироксилинового пороха с возможностью высокой степени регулирования заданных баллистических характеристик, их воспроизводимостью и стабильностью. Кроме того, получение сферического пироксилинового пороха с высокими электростатическими свойствами и сыпучестью.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе получения сферического пироксилинового пороха, включающем формирование сферических частиц пороха, их графитовку, флегматизацию и сушку, сферические частицы пороха формируют с насыпной плотностью 620÷720 кг/м 3 , перед флегматизацией пороховую суспензию предварительно перемешивают в течение 80÷120 мин при 90÷98 o С, флегматизацию осуществляют дибутилфталатом в течение 50÷70 мин при указанной температуре в 3,0÷3,5 мас. частях воды на 1 мас. часть сферических частиц, при этом дибутилфталат вводят в виде 1,5÷4,5 мас. % водной эмульсии с добавлением клея мездрового при содержании дибутилфталата 0,5÷3,5% по отношению к массе пороха, а графитовку проводят одновременно с сушкой при температуре 80÷95 o С в течение 180÷240 мин.

Насыпная плотность пороха 620÷720 кг/м 3 является наиболее оптимальной. При показателе насыпной плотности менее 620 кг/м 3 ухудшаются баллистические характеристики пороха (уменьшаются начальная и средняя скорость полета пули, дульное давление газов), при насыпной плотности свыше 720 кг/см 3 при незначительном увеличении баллистических характеристик существенно повышается дульное давление газов, что приводит к эффекту "разгара" ствола.

Флегматизация пороха проводится с целью снижения дегрессивности его горения, что достигается обработкой пороха веществами, замедляющими скорость горения поверхностных слоев порохового зерна. В качестве флегматизатора используют дибутилфталат.

Пороховая суспензия, которая подвергается воздействию флегматизатора, представляет из себя 3,0÷3,5 мас. ч. воды на 1 мас. ч. сферических частиц. При содержании воды менее 3,0 мас. ч. наблюдается неравномерность глубины флегматизации по пороховому зерну, а увеличение содержания воды свыше 3,5 мас. ч приводит к увеличению расхода флегматизирующей эмульсии и времени процесса флегматизации.

Дибутилфталат вводится при флегматизации в виде 1,5÷4,5% флегматизирующей эмульсии. Уменьшение концентрации дибутилфталата менее 1,5% связано с большим расходом воды, а увеличение концентрации дибутилфталата до 4,5% позволяет получать более высокую концентрацию флегматизатора, что ускоряет процесс флегматизации и позволяет получать более плотный флегматизирующий слой.

Для повышения стойкости флегматизирующей эмульсии при сливании в емкость флегматизатора и предотвращения слипания частиц дибутилфталата в водный раствор добавляют эмульгатор - мездровый клей.

Флегматизация сферического пироксилинового пороха ведется 0,5÷3,5 мас.% дибутилфталата. Уменьшение дибутилфталата до 0,5 мас.% связано с тем, что получаемый флегматизированный слой проникает на большую глубину и обладает высокой плотностью, обеспечивая при этом заданные баллистические характеристики. Увеличение дибутилфталата более 3,5 мас.% увеличивает массу порохового заряда.

Предварительное перемешивание пороховой суспензии при 90÷98 o С в течение 80÷120 минут позволяет обеспечивать совместимость температурных режимов пороховой суспензии и флегматизирующей эмульсии, что благоприятно сказывается на скорости и глубине прохождения реакции флегматизации.

Увеличение времени перемешивания до 50÷70 мин при флегматизации способствует достижению глубины флегматизации 40÷60 мкм, что является высоким показателем для сферических пироксилиновых порохов. При этом получается более плотный и равномерный слой флегматизатора, который обеспечивает низкую скорость горения и высокий уровень баллистических характеристик.

Совмещение процессов сушки и графитовки при 80÷95 o С в течение 180÷240 мин позволяет сократить количество технологических операций и время технологического процесса при заметном улучшении качества графитового покрытия.

Способ осуществляется следующим образом (см. чертеж).

Процесс флегматизации ведется под водой в аппарате - флегматизаторе 3. Способ основан на способности дибутилфталата сорбироваться на поверхности пороховых зерен и проникать в них на определенную глубину. Глубина проникновения должна быть строго определенной (40÷60) мкм, что обеспечивается за счет одинаковой загрузки во флегматизатор 3 "серого" пороха, постоянства концентрации дибутилфталата, выдержки времени и температуры флегматизации.

Пороховую суспензию подают массонасосом по кольцевому трубопроводу в мерники-сгустители 2, установленные на весах. В сгустителях 2 взвешивается порция пороха (200÷250) кг в расчете на сухую массу согласно дозировочной таблицы. Отмеренная навеска пороха самотеком сливается во флегматизатор 3, где предварительно нагревается при перемешивании до 90÷98 o С в течение 80÷120 мин, после чего обрабатывается флегматизирующей эмульсией, представляющей собой раствор дибутилфталата в водной среде с добавлением клея мездрового. Флегматизирующая эмульсия готовится в эмульсификаторе 1. Флегматизация ведется во флегматизаторе 3 путем перемешивания флегматизирующей эмульсии с пороховой массой при 90÷98 o С в течение 50÷70 мин. Затем осуществляется промывка флегматизированного пороха, которая производится с целью удаления эмульгатора - клея мездрового. Процесс промывки ведется в промывной емкости 4, в которую сливается порох из флегматизатора 3. По окончании промывки порох при постоянном перемешивании перекачивают массонасосом 5 в ажитатор 6. Перед подачей пороховой суспензии из ажитатора 6 на отжим и сушку производят включение всех мешалок и циркуляцию по массопроводу в течение не менее 10 мин.

Отжим и сушку порохов осуществляют на карусельном вакуум-фильтре 7, состоящем из восьми фильтрующих воронок, которые последовательно проходят зоны загрузки, отжима и выгрузки.

Для уменьшения электризации пороха при сушке в каждую воронку карусельного вакуум-фильтра 7 вводят суспензию графита в количестве 0,15÷0,20% к массе пороха.

Затем порох по пневмотранспортной линии подается в бункер дозирующего шнека сушилки АС-12 поз. 8. Сушка сферических пироксилиновых порохов с одновременной графитовкой осуществляется в аппарате АС-12 поз. 8, принцип работы которого основан на создании кипящего слоя пороха в потоке нагретого воздуха, подаваемого в камере вентиляторами высокого давления. Аппарат состоит из двенадцати камер, которые в процессе сушки за счет вращения поворота стола-основания последовательно проходят пять фаз при температурах 80÷95 o С в течение 180÷240 мин. Высушенный порох передают на концевые операции.

В таблице приведены примеры получения сферического пороха, физико-химические и баллистические характеристики для 5,6 мм стрелкового патрона, выполненного вне пределов граничных условий по насыпной плотности (примеры 1÷2), без добавки в флегматизирующую эмульсию клея мездрового (пример 3), с отсутствием предварительного перемешивания пороховой суспензии (пример 4), с 25÷35 мин перемешиванием при флегматизации (пример 5), без совместной сушки и графитовки (пример 6), а также сферического пироксилинового пороха, выполненного по известному способу.

В результате применения предлагаемого способа получен сферический пироксилиновый порох с высокими баллистическими характеристиками и возможностью высокой степени регулирования заданных баллистических характеристик, их воспроизводимостью и стабильностью. Кроме того, получаемый сферический пироксилиновый порох обладает высокими электростатическими свойствами и сыпучестью.

Иллюстрации к изобретению RU 2 183 604 C1

Реферат патента 2002 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОГО ПИРОКСИЛИНОВОГО ПОРОХА

Изобретение относится к получению сферических пироксилиновых порохов для стрелкового оружия. Способ получения указанного пороха включает формирование сферических частиц пороха, их графитовку, флегматизацию и сушку, причем сферические частицы пороха формируют с насыпной плотностью 620-720 кг/м 3 , флегматизацию осуществляют дибутилфталатом в течение 50-70 мин при температуре 90-98 o С и графитовку проводят одновременно с сушкой при температуре 80-95 o С в течение 180-240 мин. Обеспечивается получение пороха с высокими баллистическими характеристиками, обладающего высокими электростатическими свойствами и сыпучестью. 1 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 183 604 C1

Способ получения сферического пироксилинового пороха, включающий формирование сферических частиц пороха, их графитовку, флегматизацию и сушку, отличающийся тем, что сферические частицы пороха формируют с насыпной плотностью 620-720 кг/м 3 , перед флегматизацией пороховую суспензию предварительно перемешивают в течение 80-120 мин при 90-98 o С, флегматизацию осуществляют дибутилфталатом в течение 50-70 мин при указанной температуре в 3,0-3,5 мас. ч. воды на 1 мас. ч. сферических частиц, при этом дибутилфталат вводят в виде 1,5-4,5 мас. % водной эмульсии с добавлением клея мездрового при содержании дибутилфталата 0,5-3,5% по отношению к массе пороха, а графитовку проводят одновременно с сушкой при температуре 80-95 o С в течение 180-240 мин.

Бездымные пороха входят в группу коллоидальных порохов, среди которых выделяют пороха на летучем растворителе — пироксилиновые и пороха на труднолетучем растворителе — нитроглицериновые.

Пироксилиновый порох — получается при обработке пироксилина (нитроклетчатки) летучими растворителями, например смесью спирта с эфиром. Нитроглицериновый порохполучают в результате превращения пироксилина в коллоидную массу путем обработки его труднолетучим растворителем — нитроглицерином.

По своим физико-химическим и баллистическим характеристикам дымные и бездымные пороха значительно отличаются друг от друга, имеют свои достоинства и недостатки.

Бездымные пороха совершеннее дымных. Они отличаются более высокими физико-химическими характеристиками: количество тепла, выделяемое пироксилиновым порохом, равно 800–900, нитроглицериновым — 1100–1200 ккал/кг; температуры горения соответственно равны 2230–2500 и 2700–3200 °C. При горении один килограмм пироксилинового пороха выделяет 765, нитроглицеринового — 715 литров газа.

Таким образом, бездымные пороха примерно в три раза сильней дымных; при отсутствии давления совершенно не воспламеняются и не горят, при атмосферном давлении на открытом воздухе способны воспламеняться от источника пламени, но горят с очень малой скоростью (около 0,2–0,4 см/с). При стрельбе бездымным порохом звук выстрела слабее и отдача ружья меньше, что благоприятно отражается на нервной системе стрелка, а следовательно, и на меткости стрельбы; при выстреле почти не образует дыма (дымок получается зеленовато-желтого цвета) и тем самым дает хороший обзор дичи; меньше загрязняет канал ствола и вследствие этого улучшает качество и однообразие боя ружья при большом количестве выстрелов. Использование бездымных порохов дает возможность при меньших по весу в два с половиной — три раза зарядах получить большие начальные скорости полета снаряда и тем самым исключить подранков; заряд и весь патрон становятся меньше весом и при самых больших зарядах дает возможность применять достаточно толстые пороховые пыжи и прокладки, улучшающие баллистику ружья. В случае, если бездымный порох намокнет, то после осторожной сушки при температуре не выше 35 °C он полностью восстанавливает свои хорошие качества.

1846 год стал поворотной точкой на стыке двух эпох европейской цивилизации: химики и гуманисты предложили поменять старый добрый черных порох на два порождения ада – нитроглицерин и нитроклетчатку. Первый дал миру динамит и нитроглицериновый порох, вторая – бризантный пироксилин и пироксилиновый порох. В итоге война окончательно утратила флер романтики и джентльменства.

В 1905 году снаряды корабельных орудий калибра 6 дюймов и более были начинены пироксилином. Желтым цветом обозначен заряд из влажного (10%) пироксилина, темно-желтым – промежуточный детонатор из сухого (5%) пироксилина. Гнездо для взрывателя находится в привинтном дне снаряда. Такая конструкция определялась тем, что пироксилиновый заряд изготавливался по форме и размерам внутренней полости, вставлялся в снаряд, а затем ввинчивалось дно

В 1832 году химик Бракконо решил посмотреть, что получится, если азотной кислотой воздействовать на крахмал и клетчатку, входящие в состав древесины. Кислота хорошо растворяла эти вещества, а при добавлении в раствор воды из него выпадал осадок. Высушенный, он представлял собой порошок, который очень хорошо горел. Опытами Бракконо заинтересовался парижский химик Пелуз (в дальнейшем — учитель Нобеля). Но, как и Бракконо, Пелуз не придал ровным счетом никакого значения открытию нитроклетчатки. Официально об этом веществе сообщил немецкий химик Кристиан Фридрих Шенбейн в марте 1846 года на заседании Базельского общества; полученный вариант нитроклетчатки он назвал пироксилином.

Первые шаги

Говорят, Шенбейн изобрел пироксилин случайно. Пролив в лаборатории азотную кислоту, он якобы вытер лужу хлопчатобумажным фартуком жены, а затем повесил его сушиться у печки. Высохнув, фартук взорвался. Но это легенда.

Когда Шенбейн делал свой знаменитый доклад, на Куммерсдорфском полигоне уже отзвучали первые орудийные выстрелы порохом нового типа. Казалось, мир стоит на пороге промышленного производства пироксилинового пороха. Но с самого начала пироксилин, как и нитроглицерин, проявил свой дьявольский характер и непокорность. Изготовление нового пороха оказалось столь же опасным, что и производство нитроглицерина. Пироксилиновые цеха взрывались один за другим.

Пироксилиновую эстафету от Шенбейна принял австрийский артиллерист Ленк, который определил, что при хранении разлагается и взрывается лишь плохо промытый продукт. Но было уже поздно: австрийский император запретил опыты с этим опасным веществом. Работы продолжил в 1862 году англичанин Фридрих Абель, которому в 1868 году удалось получить прессованный пироксилин. Способ напоминал производство бумаги. Во влажном виде пироксилин совершенно безопасен. Абель размельчал его в воде, после чего формовал листы, бруски и шашки. Затем воду отжимали.

Эти изделия уже можно было применять как бризантную взрывчатку. Но коммерческий успех был подорван конкуренцией со стороны только что появившегося нобелевского динамита, который был значительно мощнее пироксилина и гораздо дешевле.

Безопасная взрывчатка

Пироксилин по достоинству оценили только военные, требования которых к взрывчаткам весьма отличались от требований коммерческого применения. Пироксилин стоек в хранении, не разлагается, и из него не выделяется, как из динамита, столь опасный нитроглицерин. Пироксилин без малейших изменений может храниться десятилетиями, а значит, можно заблаговременно создавать на случай войны необходимый запас снарядов. На свойства пироксилина не влияет мороз, в то время как замерзший динамит становится очень опасным. Во влажном виде пироксилин можно шнековать, резать, пилить, придавать любую форму — свойство особенно ценное для использования в снарядах. Его можно прессовать, выжимая из него воду и доводя до нужной степени чувствительности.

От открытого пламени пироксилин лишь загорается и горит без взрыва, что особенно ценно на кораблях. Ведь даже черный порох отправил на дно множество кораблей. Еще во времена парусного флота крюйт-камера (отсек корабля, где хранился порох) была самым охраняемым от огня и малейшей искры местом.

От прострела пулей пироксилин обычно не взрывается, тогда как динамит — более чем охотно. Это свойство, совершенно безразличное для коммерческих взрывчаток, стало крайне важным в военном применении.

Капризный конкурент

В последней четверти XIX века пироксилином стали снаряжать артиллерийские снаряды, морские торпеды и мины. Однако с появлением тротила и мелинита пироксилин довольно быстро сошел с арены. Но почему? Дело в том, что при всех его положительных качествах пироксилин все же значительно уступает мелиниту, а особенно тротилу в удобстве использования, безопасности и сохранности.

Частично из положения выходили так: после изготовления шашки доводили до требуемой влажности, а затем тщательно покрывали слоем парафина. Однако и в этом случае требовался тщательный контроль. Зависимость пироксилина от влажности сыграла злую шутку с российской эскадрой, в 1905 году шедшей из Кронштадта на выручку осажденному японцами Порт-Артуру.

Зловещий вклад

Все полагали, что в снарядах пироксилин достаточно защищен от сырости. Однако в целях безопасности снаряды хранили без взрывателей, и влага проникала к пироксилину через гнезда для взрывателей. А в условиях многомесячного плавания через два океана добиться поддержания требуемой влажности было просто невозможно.

Японские же снаряды были снаряжены новомодным тогда мелинитом, называемым шимозой по фамилии изобретателя (Шимозе). Мелинит совершенно нечувствителен к сырости и надежно взрывается в любых условиях. Вдобавок при взрыве шимозы выделяется большое количество ядовитых газов удушающего действия, по сути, настоящего боевого отравляющего вещества.

Это и стало одной из причин того, что пироксилин весьма быстро стал сходить со сцены. Как писал патриарх взрывного дела немецкий профессор Каст в своей книге Spreng und Zuendstoffe, вышедшей в 1921 году в Берлине, уже в период Первой мировой войны пироксилин использовали только в торпедах и морских минах (там, где обеспечивается полная герметичность), и лишь в Швейцарии и России его применяли в снарядах крупных калибров (152−210 мм), да и то лишь потому, что в свое время были созданы слишком большие их запасы.

Русский путь

Почему же в России пироксилин оказался более популярной бризантной взрывчаткой, нежели в странах Европы? Почему и Япония, и Европа предпочли использовать ядовитую пикриновую кислоту (мелинит)? Все, кто работал с мелинитом, отмечали, что уже через несколько часов наблюдаются головная боль, одышка, учащенное сердцебиение и даже потеря сознания.

По иронии истории одним из виновников Цусимского поражения оказался великий русский химик Д.И. Менделеев. Он решил основную проблему изготовления пироксилина — как сделать его высушивание безопасным. Великий русский химик предложил обезвоживать пироксилин спиртом, после чего спирт на открытом воздухе испарялся сам по себе. Таким способом удавалось избежать самого опасного этапа, и уже в 1880 году по проекту М. Чельцова и лейтенанта флота Федорова был пущен завод по производству пироксилина методом Менделеева.

В первую очередь эта взрывчатка требовалась флоту, где к этому времени обнаружилось явное несоответствие мощи броненосцев и дальнобойности морских орудий с поражающими способностями снарядов, начиняемых черным порохом. Таким образом, в этот момент Россия опередила Европу в артиллерийском деле.

Вдобавок полковник А.Р. Шуляченко, исследуя свойства динамита в 1876 году, пришел к выводу об опасности его использования в саперном деле из-за склонности к детонации от воздушной ударной волны при близких разрывах других зарядов или артиллерийских снарядов. По его представлению российское военно-инженерное ведомство еще в 1896 году решило исключить динамит из табелей снабжения взрывными материалами саперных батальонов и заменить его на пироксилин.

В Англии изготавливали так называемый тонит (смесь 51% пироксилина и 49% бариевой селитры). Эту взрывчатку применяли в качестве саперной и в морских подрывных патронах. В составе бельгийского тонита содержалось 50% пироксилина, 38% бариевой и 12% калиевой селитры. А в период Первой мировой войны англичане изготавливали сенгит (50% пироксилина и 50% натриевой селитры).

В России массовое производство пироксилина началось в 1880 году и были накоплены большие его запасы, поэтому во время Первой мировой он использовался в качестве саперной взрывчатки. В войска пироксилин поставлялся в виде прессованных шашек, имевших вид шестигранных призм. Большая шашка (250−280 г) имела высоту 50,8 мм и вписывалась в окружность диаметром 82 мм, малая шашка (120 г) соответственно 47 мм и 53 мм. Изготавливались также так называемые буровые шашки (56 г, 70 мм высотой), диаметр которых совпадал с диаметром отверстия, пробиваемого буром в камне (30 мм). Их использовали для дробления камня и рыхления мерзлого грунта.

Все эти шашки делились на запальные и рабочие. Первые содержали 5% влаги и имели высверленные отверстия для капсюля-детонатора. У вторых влажность достигала 20−30%, и они не имели гнезд для капсюлей детонаторов. Заряд изготавливали из рабочих шашек, а в его центре помещалась одна запальная шашка. В нее-то и вставлялась зажигательная трубка (капсюль-детонатор с отрезком бикфордова шнура) — так обеспечивалась безопасность подрывных работ. И все же время пироксилина уже заканчивалось, его вытесняли мелинит и тротил.

Сегодня о пироксилине уже мало кто помнит, за исключением разве что историков, изучающих военные события конца XIX — начала XX веков. Последние упоминания о пироксилине автор встретил в советском руководстве по минно-взрывным средствам противника издания 1943 года, где пишется, что итальянские саперы на советско-германском фронте использовали цилиндрические шашки (массой 30 г, диаметром 3 см и длиной 4 см) из сухого пироксилина, обернутые в парафиновую бумагу. Финская армия в качестве подрывных использовала цилиндрические заряды из влажного пироксилина. Совпадение размеров позволяет предположить, что это были разрывные заряды, изъятые из устаревших крупнокалиберных артиллерийских снарядов царской армии. Красная армия, видимо, в последний раз использовала пироксилин как саперную взрывчатку в начале Второй мировой войны. Об этом упоминается в советской книге о подрывных средствах издания 1941 года и в немецкой памятке по трофейным минно-взрывным средствам издания января 1942 года. Судя по форме и размерам шашек, это тоже были остатки дореволюционных пироксилиновых запасов.

Читайте также: